Скрытный и трудно потопляемый морской дрон, сделанный из... стекловолокна и пенопласта

Гравитация (и сила в целом) — ваш враг

Одна из многих причин, по которой военные корабли сделаны из металла, а не из более дешевых, легких и трудноразличимых материалов, заключается в том, что вещи, которые вы храните или устанавливаете на корабле, имеют вес.

Это может показаться банальным, но плавучесть — это не волшебство. Это не форма антигравитации. Если ваши двигатели весят тонну, эта тонна все еще там, создавая нагрузку на корпус и любые крепления, используемые для удержания его на месте. Если он создает крутящий момент в 1000 футо-фунтов, этот крутящий момент действует на раму корабля — раму, сделанную не из металла. Он несет торпеды? ¹ Это означает пневматическую систему стрельбы, которая упирается в корпус корабля. Есть ли у него артиллерийская установка? Это тонны веса, которые несет стекловолокно. Топливо, радар, связь... все это добавляет вес и силу, и ваш корпус (и инфраструктура, соединяющая все с корпусом) должен выдерживать вес и силу.

И в довершение всего, у вас нет доспехов. Это означает, что вражеские пули (корабельные или бортовые) прорвут ваш дрон, как оловянную фольгу. Конечно, со всем этим пенополистиролом он все еще будет плавать, но какой в ​​нем смысл, если все, что он несет, разорвано в клочья?

И хотя сам корпус не сильно влияет на радиолокационную сигнатуру, ваш двигатель, средства связи, артиллерийские установки и т. д. (вещи, которые вы не можете сделать без металла) будут. У него может быть только подпись самосвала, но она будет.

Наконец, у всего веса металлических корпусов есть ценность: стабильность. Из-за веса (потому что гравитация все еще пытается притянуть корабль к земле) океану (или шторму) труднее раскачивать корабль. Облегчение его стекловолокном и пенополистиролом заставило бы его швырять в открытом море, как лист из пословицы на ветру.

ИМО, от такой машины мало пользы, кроме разведки на ближней дистанции. Силы, задействованные для быстрого перемещения вещей на большие расстояния и участия в бою, либо разорвут корпус из стекловолокна/пенополистирола в клочья, либо, израсходовав достаточное количество стекловолокна для решения проблемы, сделают управление кораблем трудным без особого улучшения малозаметности.

Лучшая скрытность не лишает вас ваших преимуществ

В современных истребителях используются (в основном) две формы стелс-технологий: радиопоглощающие материалы и радиоотражающие формы. Это позволяет построить самолет со всеми технологиями (включая металл), необходимыми для правильной работы по назначению.

Но, цитируя Википедию :

Так же, как выбор формы, выбор материалов влияет на RCS корабля. Композиты, такие как стекловолокно и углеродное волокно, отлично блокируют радар и дают малым судам преимущество в дальнейшем снижении RCS. Однако композиты хрупки и часто не подходят для более крупных кораблей или судов, которые могут загореться, хотя новые ламинаты могут частично свести на нет некоторые недостатки. Это ограничивает более крупные корабли металлами, такими как сталь и алюминиевые сплавы. Для компенсации корабль может иметь покрытие из радиопоглощающего материала, хотя это может быть довольно дорого и может не выдерживать коррозионного воздействия соленой воды.

_{¹  Случай с торпедой уникален. Если это самоуправляемый или управляемый по проводам, вы можете просто бросить его в воду, но это не меняет основного правила для всего остального: 3-й закон Ньютона, равные и противоположные реакции.}

Большие суда из стеклопластика или стеклопластика в основном используются в качестве тральщиков, а не военных судов общего назначения, и используются как таковые с 1950-х годов. Исторически сложилось так, что мины приводились в действие магнитом, поэтому пластиковый корпус не подорвал бы их так легко.

Вам может быть сложно сделать корпус достаточно прочным, чтобы выдержать традиционные орудия больших кораблей, но для всех других целей у них не должно быть проблем.

У них нет никакого преимущества в радиолокационном обнаружении (о котором я знаю), поскольку это больше связано с профилем и поверхностным покрытием, чем с конструкционными материалами.

Самая большая причуда, о которой я слышал, заключается в том, что гораздо более легкие корпуса вызывают большую проблему с морской болезнью.

Когда истребители-невидимки были впервые представлены публике, в некоторых кругах было много волнений по поводу быстрых штурмовиков-невидимок. «Невозможно обнаружить, невозможно победить, идеальный убийца». Оказалось, что волнение было преждевременным.

Сравните класс Arleigh Burke 1988 года и класс Zumwalt 2016 года . Zumwalt более незаметен, крупнее, дороже. Радарное сечение Zumwalt «больше похоже на сечение рыбацкой лодки», но рыбацкие лодки не невидимы. Стелс того стоит? Возможно, в некоторых миссиях.

Сравните немецкий класс Gepard 1982 года и норвежский класс Skjold 1999 года . Skjold на самом деле меньше и быстрее, и, вероятно, в целом лучше атакует.

• Радарная невидимость помогает против обнаружения радаров, но есть и другие датчики. Эффективный стелс-корабль также имеет акустическую и ИК-невидимку. Остаются датчики самонаведения. Любой военный корабль должен быть готов к нападению, а броня и средства противодействия занимают много места.
• Для операций в океане размер обеспечивает скорость и дальность полета. Да, маленькие лодки могут быть быстрее больших кораблей, но только с огромным штрафом за выносливость.
• Более крупные корабли будут более устойчивым вооружением и сенсорной платформой. Представьте себе корабль на вашей картинке во время шторма.

Так что подумайте о том, что сегодня делают воздушные дроны. Некоторые малозаметны, некоторые несут вооружение, но они пока не могут заменить пилотируемый истребитель или бомбардировщик .

Меньшее судно будет сложнее обнаружить с помощью радара, просто из-за меньшего поперечного сечения возвращается более слабый сигнал. Дополнительный элемент использования материалов с более низким «возвратом сигнала» также помогает, но в какой-то момент вы сводится к системам и механизмам, которые составляют большую часть вашего отражения сигнала.

Но меньшему судну также придется пойти на другие компромиссы:

Самыми большими проблемами для небольшого судна являются его мореходные качества и долговечность в море. Устранение потребности в экипаже действительно уменьшает ваш размер и потребность в энергии, но вы можете уменьшить размер только до тех пор, пока судно не перестанет двигаться в плохую погоду.

Уменьшая размер, вы увеличиваете влияние волн на движение лодки:

• Короткий корпус в среднем помещается «между» большим количеством волн, что снижает эффективность его движения вперед и подвергает его риску быть «толкаемым» меньшими штормами, чем лодка немного большего размера.

• Слишком маленькое судно также не сможет перевозить топливо на большие расстояния, что еще больше ухудшит ненастную погоду. [Он не только не может уйти далеко, но и рискует легко выйти за пределы собственного диапазона, чтобы достичь своей цели.]

Один момент, который легко упускается из виду при уменьшении размера лодки, чтобы ее было труднее увидеть: вы также усложняете видимость самой лодки. У крошечных лодок может не быть такой устойчивости, чтобы поддерживать собственную радиолокационную решетку, как у более крупного корабля.

По мере того, как вы продолжаете уменьшать размер проекта, вы в конечном итоге достигаете точки, когда у вас становится меньше «лодки», и быстро начинаете приближаться к чему-то, что больше напоминает «умную морскую мину с пушкой».

Однако многие из этих проблем могут быть преодолены с помощью общевойскового подхода или обхода их другими способами.

• Подход тендера / минного заградителя: вместо того, чтобы ожидать, что небольшие лодки будут действовать самостоятельно прямо из порта, управляйте ими с более крупных тендерных судов, которые могут перемещать флотилию на скорости на большие расстояния, прежде чем разворачивать вокруг себя блокирующие силы досмотра. Вы можете рассматривать их не как независимый корабль, а как «оружейную платформу до стрельбы». (Корабль-тендер/носитель может даже быть спроектирован таким образом, чтобы иметь возможность развертывать по крайней мере некоторые из своих дронов даже в случае получения ущерба от затопления корабля...)

• Возобновляемая энергия: дайте им паруса для небоевого передвижения и смиритесь с тем, что они медленны и неуклюжи, чтобы развертывать их где угодно, но компенсируйте это способностью развертывать их огромное количество.

Хорошо объединенные в сеть и с хорошо продуманными средствами управления, небольшие корабли могут образовать смертоносную сеть точек сбора данных и размещения оружия, которую будет трудно обнаружить с большой уверенностью. Объедините их с тем хламом, который уже есть (как радарщик уверенно отличит один из этих дронов-лодок от потерянного транспортировочного контейнера, набитого резиновыми утками?), и, возможно, с разбрасыванием по местности дешёвых фиктивных мишеней самостоятельно, и вы в конечном итоге получите район океана, в котором было бы чрезвычайно опасно и дорого управлять традиционным современным флотом.

[Они стреляют по КАЖДОМУ маленькому радиолокационному контакту, который засекают? И даже если по нему стреляют, достаточно ли они повредили его, чтобы полностью вывести из строя? - Подумайте об эффективности Fairey Swordfish во время Второй мировой войны, тканевых бипланах, в которых можно было пробить дыры без удара из-за того, что большая часть самолета на самом деле не имела большого значения ... Сколько ресурсов должно быть потрачено на каждый дрон-бот / умная мина/радарная приманка/плавающий мусор обнаружены, чтобы оставаться в безопасности? Насколько велика потеря на самом деле, если противник уничтожит одну, или дюжину, или сотню этих небольших беспилотных лодок?]

Вы можете сделать водный эквивалент дрона-хищника.
Простая рама из стекловолокна и пенопласта, достаточно большая, чтобы вместить одну или две торпеды, может быть, несколько других оружейных систем, блок аккумуляторов, двигатель и немного электроники.
Поместите несколько солнечных батарей на верхнюю поверхность, чтобы увеличить время работы.

Скрытность:

Он мог быть в основном погруженным в воду, так что над водой была только верхняя часть или около того, а это означало, что у него почти не было бы радиолокационного профиля, даже без антирадарного покрытия и геометрии.
При правильном двигателе он мог бы работать с очень небольшим акустическим следом, что делало бы его более незаметным, а находясь близко к поверхности с минимальной осадкой, его было бы трудно обнаружить с помощью активного сонара. Активный сонар работает, когда звук отражается от перехода между водой и воздухом, а не от самого корпуса. Поскольку поверхность также является переходом между водой и воздухом, все, что имеет очень малую осадку, потеряется в шуме волн.

Оружие:

Торпеды с самонаведением или с проводным управлением будут работать, и им не понадобятся трубы, поскольку торпедный отсек можно затопить, чтобы они могли просто выплыть самостоятельно. Может потребоваться насос, чтобы снова опорожнить залив, чтобы восстановить плавучесть.
Также можно обойтись без отсека и просто установить торпеды между двумя понтонами или, возможно, по обе стороны от одного понтона, хотя для этого потребуется, чтобы оба запускались одновременно для поддержания баланса.
Наличие торпед в воде вместо отсека может помочь решить проблему веса, потому что торпеды имеют нейтральную плавучесть и поэтому будут самонесущими, а не нагружающими каркас корпуса.

Другим вариантом могут быть ракеты, хотя никакие современные противокорабельные системы (которые я обнаружил) не будут работать на такой маленькой платформе. Однако такая система может быть разработана на основе ракеты, установленной на плече, с идеей, что они могут подойти очень близко, и поэтому не требуется много топлива.

Можно было установить пулеметы калибра .50 для использования против более мелких целей и личных целей.

Наконец, они могли действовать как дроны-камикадзе. Если пенополистирол заменить вспененным пластиковым взрывчатым веществом, то весь беспилотник может стать боеголовкой после того, как другое оружие будет израсходовано. Механическая система безопасности, в которой детонатор не вставляется до тех пор, пока он не понадобится, может быть действительно хорошей идеей.

Во-первых, необходимо сделать уточнение по поводу радара. Радар, как и световые фотоны, НЕ отражается. Скорее, энергия поглощается объектом, а затем повторно передается. Материалы, которые проводят электричество, гораздо лучше передают сигнал радара, чем материалы, которые не проводят электричество. Стекловолокно ДЕЙСТВИТЕЛЬНО дает очень плохую радиолокационную сигнатуру по сравнению с металлическим корпусом. Самолеты-невидимки отчасти делают малозаметными, покрывая их веществами, которые не передают повторно радиолокационный сигнал, а скорее поглощают его. Энергия рассеивается в какой-то другой форме, обычно в виде тепла. См. Материал, поглощающий излучение.

Если вы создадите очень толстый слой материала, поглощающего радиолокационные лучи, между внешним видом и любым механизмом, радиолокационное изображение будет сильно ухудшено. Даже если бы сигнал радара достиг машины, ее все равно пришлось бы выводить обратно. Оказывается, некоторые пеноматериалы являются действительно хорошей оперативной памятью.

И, конечно же, поскольку вам не нужны никакие внутренние отсеки экипажа или места для экипажа, вы можете заполнить всю надстройку пеной.

Рассеивать тепло стало намного проще, так как лодка движется на очень большом радиаторе. Океан быстро рассеял бы тепло, если бы были надлежащие охлаждающие ребра.

Теперь вернемся к вашей лодке. Несколько ответов намекают на структурную целостность. Наполненное пеной стекловолокно имеет большую структурную целостность. Напряжения распределяются по всему объему пены, поэтому, хотя в поперечном сечении пена является плохим структурным элементом, когда весь объем заполнен пеной, элемент становится высоко структурным. Это основа упаковки телевизоров с большим экраном в твердую пену. Напряжения распределяются по всей коробке, а не только по конструктивным элементам.

Листы из ламинированного пенопласта и стекловолокна являются еще более прочным элементом конструкции. То есть при напылении пенопласта листы и стержни из стекловолокна заделывать в тело пенопласта, а не только в оболочку.

Нередко более крупные лодки из стекловолокна имеют стальную раму, прикрепленную к стекловолокну и встроенную в него, для дополнительного усиления.

Я бы предложил использовать распространенный судостроительный прием - прочный киль. Если киль сделан из металла ниже ватерлинии, это будет иметь большое значение для обеспечения необходимой структурной целостности. Киль, который образует типичную ферменную балку по центру лодки, даже лучше. Подумайте об открытых паутинных фермах. Может быть, две или три поперечные фермы на миделе.

Поскольку радар обычно находится сбоку, а не сверху, то использование плоских стальных ферм на горизонтальном настиле, особенно если он находится чуть ниже ватерлинии, сведет радиолокационное изображение к минимуму.

Я бы предложил сделать все это электрическим, используя солнечную энергию и батареи, чтобы исключить любую тепловую сигнатуру от продуктов сгорания. Опять же, выделяемое тепло может рассеиваться в воде, а не в воздухе.

TL:DR

Армирование пенопласта стальными конструкционными фермами, а также встроенными листами и стержнями из стекловолокна придаст вам необходимую структурную жесткость. Без необходимости в каких-либо местах для экипажа весь корпус может стать прочным элементом конструкции. Электрические двигатели уменьшат тепловой отпечаток, а размещение такого веса ниже ватерлинии обеспечит хорошую устойчивость. Поскольку членов экипажа нет, морская болезнь не проблема, так что давайте рок-н-ролл.